3.1图像分析题【讲】（解析版）

2024年中考物理核心素养提升3.1物理图像的分析【解法综述】初中物理所涉及的图像很多，比如路程与时间图像（s-t图像）、伏安曲线（U-I图像）、晶体熔化图像等等，还有比较复杂的，如运动中物体所受力与速度、时间的关系图像，电功率与电流、电压的关系图像等等。不管哪种图像，都是建立在直角坐标系里的。我们首先要弄清楚坐标系的横、纵坐标所表示的是什么物理量，单位是什么，思考由这两个物理量所决定的图像反映的是一个什么样的新物理量或者一个什么物理过程，明确其图像的物理含义。其次，找出图像的三个重要坐标：起点、终点、拐点（图像走势发生变化的起始点），分析清楚这三个点所表示的特定含义。其三，结合题设和物理规律，分析这些物理量的内在数量关系，可以用什么样的物理公式将它们表示出来（即寻找数学上的图像所对应的解析式），有了解析式（物理公式），就可以定量分析，求解了。对于电路图的分析，第一步是判断电路的连接方式。可以采用“简化法”：将电流表看成是导线，将电压表忽略。再来观察电流有几条通路，若只有一条则是串联；若有两条或两条以上则是并联；若果由一些串联之后，再与其它的并联，或者并联中某支路有串联，则是混联。第二步：观察电流表和电压表：电流表与哪些串联在一起，就是测的那些的电流；电压表并联在谁个用电器的两端，则测的就是谁个的电压。【中考题赏析】【例1】【2023达州】如图所示，A、B两个粗糙程度相同的物体以甲、乙两种不同的方式叠放在同一水平地面上，分别用水平方向的拉力F甲和F乙使AB一起向右运动，甲运动的s-t图像和乙运动的v-t图像分别如图丙、丁所示，已知F甲=10N，下列说法正确的是（）A.F甲<F乙B.甲、乙两图中AB之间的摩擦力均为10NC.拉力F甲与拉力F乙的功率相等D.甲、乙两图中地面受到摩擦力相等【分析与解答】AD.甲图中AB一起运动，B与地面接触，地面受到的压力等于AB的重力之和。它所对应的图像是丙，分析丙图像：横坐标表示时间，单位是秒；纵坐标表示的是路程，单位是米，图像是一条过坐标原点的直线。这是一个典型的s-t图像，图像是过原点的一条直线，表示物体做匀速直线运动。结合甲图，可以分析得出：甲图中，F甲拉着AB一起在做匀速直线运动，速度是V甲=s甲t甲=乙图中，AB一起运动，A与地面接触，对地面的压力为AB重力之和。乙所对应的是丁图，分析丁图像：横坐标表示时间，单位是秒；纵坐标表示的是速度，单位是米/秒，图像是一条平行于时间轴的直线，这是一个典型的v-t图像，表示物体做匀速直线运动。图像的起点坐标为（0,6），它表示的是物体做匀速直线运动的速度为6m/s。结合乙图，可以分析得出：乙图中，F乙拉着AB一起在做匀速直线运动，速度是V乙=6m/s。因为AB的接触面粗糙程度一样，对地面的压力也一样（等于AB自身重力之和），所以与地面之间的摩擦力相等，即f乙=f甲=10N。所以A错，D正确。B.甲图中，AB一起向右做匀速直线运动，AB之间没有发生相对运动，也没有相对运动趋势，所以AB之间没有摩擦力产生，即f甲A=0N。乙图中，B向右做匀速直线运动，受到的摩擦力等于拉力10N，因为物体间力的作用是相互的，所以A受到的摩擦力也为10N，即f乙A=10N。B错。C.由P=Fv可知：因为F=F甲=F乙=10N，V甲=3m/s,V乙=6m/s，所以P甲≠P乙，C错。【答案】D【例2】【2023南充】在综合实践活动课上，小龙同学设计了如图甲所示的模拟调光灯电路。电源电压恒定，R1为定值电阻。闭合开关S后，将滑动变阻器R2的滑片P由最右端向左移动，直至灯泡L正常发光。此过程中，电流表A的示数随两电压表V1、V2（电压表V2未画出）示数变化关系图像如图乙所示。小灯泡正常发光时的电阻为_________Ω；若R2的滑片可任意滑动，为了保证灯泡的安全，电路中至少再串联一个________Ω的电阻。【分析与解答】首先读懂电路图甲：灯、定值电阻R1、滑动变阻器R2串联，伏特表V1测灯的电压，V2所测用电器未知，电流表测电路中的电流。再分析乙图像：横坐标表示电压，单位：V；纵坐标表示电流，单位：A。图像有两条。其中一条是电流表示数与V1的关系，另一条是电流表与V2的关系。这两条图线都是曲线。由于R1为定值电阻，电流与电压成正比，则电流与电压的图像是正比例函数图像，所以图乙中①②图像是灯泡和滑动变阻器的图像。将滑动变阻器R2的滑片P由最右端向左移动，则滑动变阻器的阻值减小，由串联分压可知，滑动变阻器的电压逐渐减小，灯泡两端电压逐渐增大，所以①为灯泡的图像，②为滑动变阻器的图像。滑动滑片P，直至灯泡L正常发光，由①可知，灯泡电压增大至2.5V时，灯泡正常发光，所以小灯泡正常发光时的电压为2.5V，由图像①可知，灯泡正常发光时的电流为0.5A，小灯泡正常发光时的电阻：RL=ULRL=2.5V由于电源电压不变，所以滑动变阻器R2的滑片P在最右端时，由乙图中数据可知，电源电压：=1\*GB3①U=UL+UR1+U滑=0.5V+0.2A×R1+3.5V；滑动变阻器R2的滑片P滑至灯泡正常发光时，由乙图中数据可知，电源电压：=2\*GB3②U=UL′+UR1′+U滑′=2.5V+0.5A×R1+0.75V。联合=1\*GB3①=2\*GB3②解得：R1=2.5Ω，U=4.5V。若R2的滑片可任意滑动，则滑动变阻器R2的滑片P滑至最左端时，滑动变阻器R2的阻值为0，灯泡正常发光的电流为0.5A，则需要串联一个电阻：R串=R总-R1-RL=UI-R1-RL=4.5V0.5A-2.5Ω-5Ω=1.5【答案】51.5【中考真题精选精练】1.【2023遂宁】小刘应用图甲所示器材进行如下探究：升降台AB上放置轻质薄壁柱形容器，容器底面积为200cm2，内装15cm深的水；将弹簧上端固定在力传感器上，下端悬挂重20N、高20cm、横截面积为50cm2的长方体石块，石块下表面刚好与水面接触；已知弹簧伸长量ΔL与受到的拉力F的关系如图乙所示。将升降台AB缓慢升高（全过程水不会溢出），当传感器显示拉力为12N时（不计弹簧自重），与升降台升高前相比，容器底部受到的压强变化了Pa。升降台AB升高的高度为cm。（ρ水＝1×103kg/m3，g＝10N/kg）【答案】40020【解析】如乙图所示：横坐标表示力，单位：N；纵坐标表示弹簧伸长量ΔL，单位：cm。图像是一条过原点的直线，说明该弹簧的伸长与所受拉力成正比，在其弹性范围内。由乙图像可知：升降台AB缓慢升高，当传感器显示拉力为12N时，弹簧伸长量为12cm，此时石块受到的浮力为F浮=G-F拉=20N-12N=8N，根据阿基米德原理可知，排开水的体积为：V排=F浮ρ水g=8N1.0×103kg/m3×10N/kg=8×10-4m3。因为全过程水不会溢出，则容器中水上升的高度为：Δh=V排S容器=由题意可知：石块浸入在水中部分的高度为：h石=V排S石=8×10−4m350×10h1=20cm+20cm+15cm=55cm，升降台上升后力传感器到容器底的距离为：h2=12cm+20cm+3cm=35cm，则升降台AB升高的高度为hAB=h1-h2=55cm-35cm=20cm。2.【2023广州】小明自制的“温度计”中有密度随温度升高而变小的液体。如图1，当该液体温度为19℃时，质量为4×10-3kg的小球b悬浮，b标记“19℃”；另外两个小球分别标记“15℃”“23℃”，当小球悬浮时，它标记的温度与液体温度相等。图1、图2、图3中小球a、b、c均静止，忽略小球体积变化，g取10N/kg。（1）图1中b悬浮。①在方框中画出b的受力示意图（用“·”表示b）；②求此时b受到的浮力；③此时液体密度为0.8×103kg/m3，求b排开液体的体积。（2）图2中b漂浮。①此时b所受浮力___________图1中b所受浮力（选填“大于”“等于”“小于”）；②此时液体温度___________19℃（选填“高于”“等于”“低于”）；③小球c对应标记___________（选填“15℃”“23℃”）。（3）图3中液体温度的范围可能是___________。A.14℃以下B.16℃~18℃C.20℃~22℃D.24℃以上（4）液体温度在15℃~23℃范围内，b在液体中静止时所受浮力与液体温度关系的图像可能正确的是（b不接触其他小球）___________。A.B.C.D.【答案】（1）①②0.04N③5×10-6m3（2）①等于②低于③15℃（3）D（4）C【解析】（1）①②：已知图1中b悬浮，处于静止状态，竖直方向受到的重力和浮力是一对平衡力，大小相等，方向相反，即F浮=Gb=mg=4×10-3kg×10N/kg=0.04N。受力示意图如答案图所示。③由阿基米德原理可知，b排开液体的体积为：V排=F浮ρ液g=0.04N0.8×103（2）①图2中b漂浮，处于静止状态，竖直方向受到的重力与浮力是一对平衡力，大小相等，即：F浮′=Gb=0.04N,此时b所受浮力等于图1中b所受浮力。②图2中b漂浮，图1中b悬浮，则图2中b排开液体的体积比图1中小，由于浮力相同，由F浮=ρ液gV排可知，图2中液体密度比图1中大，由于液体密度随温度升高而变小，图1中液体温度为19℃时，所以此时液体温度低于19℃。③由上述分析可知，图2中温度低于19℃，所以小球c标记的温度为15℃。（3）图3中小球a、b、c都沉底，其中温度最高的小球标有23℃，当此小球悬浮时，此时液体温度为23℃，由于此小球沉底，浮力与悬浮时相比要小，由F浮=ρ液gV排可知，此时液体密度比悬浮时的小，由于液体密度随温度升高而变小，所以此时液体温度大于23℃，D正确。（4）当物体b漂浮时，此时浮力等于物体b重力，液体密度大于物体b密度，此时液体温度最低为15℃，当物体b悬浮时，此时浮力等于物体b重力，液体密度等于物体b密度，此时液体温度为19℃，当物体b沉底时，浮力小于物体b重力，液体密度小于物体b密度，此时液体温度最高，为23℃，所以浮力先不变后变小。分析提供的图像：横坐标表示温度，单位：℃；纵坐标表示浮力F，单位：N。A.图像反映的是浮力随温度升高，一直减小，不符合；B.图像反映出的是浮力先随温度升高减小，再不变，不符合；C.图像反映出浮力先随温度升高不变，再随温度升高变小，符合分析；D.与B相反，不符合。C正确。3.【2023常德】如图是两灯电流随电压变化的图像，两灯额定电压均为6V。若将两灯并联后接入电路，则干路电流最大为________A；若将两灯串联后接入电路，在保证电路安全的情况下，电源电压最大为_____V。【答案】1.58【解析】两灯并联后，电源电压最大等于灯的额定电压即为6V，由图像可知甲灯和乙灯正常工作时的电流值分别为1.0A、0.5A，根据并联电路电流的特点得：干路电流最大值为：I=I甲+I乙=1.0A+0.5A=1.5A。两灯串联后，由图像可知：甲灯和乙灯正常工作时的电流值分别为1.0A、0.5A，所以在保证电路安全的情况下，电路中的最大电流为I乙=0.5A，根据串联电路电流的特点得I甲=0.5A，再由图像可知，U甲=2V，U乙=6V，由串联电路电压的特点得：U=U甲+U乙=2V+6V=8V。4.【2023达州】如图甲所示，电源电压恒为6V，闭合开关，当滑动变阻器滑片位于最右端时，电流表A的读数为0.1A；当滑片位于中点时，电流表A的读数为0.16A；则定值电阻R0的阻值为_____Ω，滑动变阻器R的最大阻值为_____Ω；如果用某小灯泡替换滑动变阻器接入该电路，此时小灯泡两端的电压是3V，小灯泡的U-I图像如图乙所示，再次闭合开关后，此时电路消耗的功率为______W。【答案】15451.2【解析】由甲图可知：电路由定值电阻R0和滑动变阻器R串联组成，电流表测电路中的电流。闭合开关，当滑动变阻器滑片位于最右端时，R接入电路中的电阻最大，此时电流表示数为I最小=0.1A，所以=1\*GB3①R最大=UI最小=6V0.1A=60Ω=R0+R滑最大。当滑片位于中点时，R滑=R滑最大2，此时电流I=0.16A，则有=2\*GB3②R总=R0+R滑最大2=UI6V0.16A=37.5Ω。由=1\*GB3①=2\*GB3②解得：R0=15Ω；R滑最大=45Ω。如果用某小灯泡替换滑动变阻器接入该电路，由乙图可知：当灯两端的电压为3V时，电路中的电流为I′=0.2A。此时U0=I′R0=0.2A×15Ω=3V,U=U0+U灯=3V+3V=6V,符合题设。所以再次闭合开关后，此时电路消耗的功率P=UI′=6V×0.2A=1.2W。5.【2023宜宾】已知小灯泡L的额定电压为2.5V，通过灯丝的电流与其两端的电压关系如图所示，则灯泡正常发光时的电阻为Ω。把此灯泡与15Ω的定值电阻并联在电源电压为1.5V的电路中，则并联电路的总电流是A。【答案】100.3【解析】由图可知，小灯泡L的电压达到额定电压2.5V时，通过灯泡的电流为0.25A，则灯泡正常发光时的电阻：RL=U额I=2.5V0.25A把此灯泡与15Ω的定值电阻并联在电源电压为1.5V的电路中，由于并联电路中，各支路电压等于电源电压，则定值电阻和灯泡两端电压都为1.5V，通过定值电阻的电流：I1=UR=1.5V15Ω=0.1A，由图像可知：灯泡两端电压为1.5V时，通过灯泡的电流为0.2A，由于并联电路中，干路电流等于各支路电流之和，则并联电路的总电流I总=I1+IL6.【2023广州】把一个某种类型的电阻R接在电压恒为12V的电源两端，通电后，同时记录R的温度一时间图线、流过R的电流一时间图线如图所示；（1）根据图线，R的温度为50时，流过R的电流为________A；（2）求在30s时R的阻值和电功率；（3）30s~40s，R产生的热量为Q1；90s~100s，R产生的热量为Q2，Q1_______Q2（选填“>”“=”“<”），写出判断依据：___________。【答案】（1）0.08（2）1500.96（3）>电压一定，在90s-100s阶段的电流小于30s-40s的电流

【解析】（1）由上图可知R的温度为50℃时，对应的时间是40s，再根据下图可知在40s时，对应的电流为0.08A。（2）30s时电流为0.08A，电压为12V，根据欧姆定律可得电阻为：R=UI=12V0.08A=150Ω。P=UI=12V×0.08A=0.96W。（3）30s~40s，R产生的热量为：Q1=UI1t=12V×0.08A×10s=9.6J；90s~100s，R产生的热量为：Q2=UI2t=12V×0.045A×10s=5.4J。所以Q1＞Q2。判断依据是电压相等，电流在90s~100s阶段比30s~40s阶段变小。7.如图甲所示，工人用推力F将重为1000N的箱子沿斜面推至水平车厢中，斜面长3m、高1.5m，F始终与箱子运动方向相同。箱子运动路程随时间变化关系如图乙所示，推力F随时间变化关系如图丙所示。下列分析正确的是（）A.0~10s内，箱子做加速运动 B.0~10s内，箱子所受摩擦力为100NC.10~20s内，推力F的功率为160W D.10~20s内，箱子所受摩擦力为200N【答案】BD【解析】A．根据图乙可知，0~10s内，箱子做匀速直线运动，A错。B．根据图乙可知：0~10s内，箱子做匀速直线运动，推力F做的功为WF=FS=600N×3m=1800J；克服重力做的功大小为WG=Gh=1000N×1.5m=1500J；则摩擦力做的功大小为Wf=WF-WG=1800J-1500J=300J；摩擦力的大小为：f=Wfs=300J3mC．根据图乙可知：10~20s内，箱子运动的速度为：V=st=8m−3m20s−10s=0.5m/s。10~20s内，根据图丙可知：推力F的大小为F′=200N；推力F的功率为：P=F′V=200N×0.5m/s=100W。D．根据图乙可知，10~20s内，箱子做匀速直线运动，推力的大小和摩擦力的大小相等，则：f′=F′=200N。D正确。8.【2023株洲】（多选）某建筑工地上，一台起重机将两种材料同时从地面竖直匀速起吊送至两个不同的高度，整个过程中起重机提升材料所做的功W与提升高度h的关系如图所示。由图可知（g=10N/kg）（）A．两种材料总质量为1.5t B．两种材料总质量为3tC．吊到40m高处的材料质量为1t D．吊到40m高处的材料质量为1.5t【答案】BC【解析】AB．由图示知，上升高度为10m时，提升材料所做的功W=300kJ=300×103J=3×105J。据W=Gh可知，两种材料的总重力：G=Wh=3×105J10m=3×104N，两种材料的总质量：m=Gg=3×10CD．吊到40m的材料单独升高的高度为h2=h总-h=40m-10m=30m，此段高度提升材料所做的功：W2=W总-W=600kW-300kW=300kW=3×105J,吊到40m高处的材料重力:G2=G2g=3×105m2=G2g=1×104N10N/kg=1000kg=3t。9.【2023重庆B】如图甲所示的电路，电源电压恒定。闭合开关S，移动滑片P，电压表示数随电流表示数变化的图像如图乙所示。以下分析正确的是（）A.电源电压为10VB.R0最大功率为1WC.滑片P向左移动过程中，R0两端电压逐渐变小D.滑片P向右移动过程中，电压表与电流表的比值变大【答案】D【解析】由图甲可得：电阻R0与滑动变阻器串联，电流表测量电路电流，电压表测量滑动变阻器电压。由图乙可得：当电压表示数为10V时，电流表示数为0.1A，由串联电路特点与欧姆定律得：=1\*GB3